CN115863476A - 铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，解决柔性薄膜光伏基底在CSD喷淋镀膜时基底不平整，导致加热和镀膜不均匀的问题。本装置放卷区和收卷区之间依次输送辊输送基底，各输送辊之间在基底下方设置导热基板，所述导热基板上表面设置两侧向上翘起，中间平整的U型槽，导热基板内部在U型槽下方穿设有加热管，导热基板的下方依次设置有绝热保温板和磁吸体，导热基板上方设有密封保温盖板，所述基底磁吸贴合导热基板的U型槽输送。本发明采用CSD喷淋镀膜的方法，配合U型磁吸式的导热基板，可以基底保持底面平整，确保镀膜溶液均匀、基底各处加热均匀，从而保证基底上CdS缓冲层薄膜的均匀。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池生产领域，涉及一种铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备。
背景技术
卷对卷技术是当前连续化生产CIGS（铜铟镓硒）、非晶硅、CdTe、钙钛矿等薄膜电池的标准方法之一。该技术一般使用柔性的不锈钢薄带作为CIGS薄膜的电池的基底，通过收卷机构与放卷机构实现薄膜电池的连续化生产，生产过程易于控制，产品质量稳定，良品率高，是目前大规模生产柔性CIGS薄膜电池最成熟的工艺技术路线。
目前，卷对卷化学水浴沉积（CBD）工艺制备CdS薄膜，是一种低成本大规模生产CIGS缓冲层薄膜的常用方法，在CBD工艺中，通过混合去离子水、氨水、硫脲、硫酸镉4种化学原料形成CBD溶液，在50～90℃的温度下，通过流延或浸泡的方式，在CIGS表面形成一层致密的CdS薄膜，厚度控制在10～80nm之间。但是该方法中硫酸镉的利用率不足5%，多余的Cd2+离子溶解在废水中，形成含Cd2+废水，如果直接排放会对生态环境造成极大的污染。因此，在采用CBD在工艺生产CdS缓冲层的CIGS工厂中，必须建造一系列的复杂物理化学净化处理设备，进行含Cd废水处理；这无疑会提高CIGS薄膜电池的生产成本。
本申请人在先申请的中国专利，申请号为2021107271108，名称为一种柔性薄膜光伏卷对卷CSD喷淋镀膜装置，采用化学喷淋沉积（CSD）工艺进行CIGS缓冲层CdS薄膜的生产，替代现行的化学水浴沉积（CBD）工艺，可以大幅提高CdS薄膜的均匀性，降低CdS生长过程中的粉末颗粒沉积和针孔率，提高铜铟镓硒太阳能电池的光电转化效率。同时CSD过程中使用更少的反应溶液，具有更高的原料利用率和更少的废水产生率，从而降低的CdS缓冲层薄膜生产与含Cd废水处理成本。该专利中，采用压辊的方式在基底考两侧的位置下压，形成两侧翘起的槽型，用以反应溶液，持续进行反应，保证镀膜质量。但是由于基底本身存在弹性和应力，两侧下压的基底在中部仍然容易产生凹凸不平，导致镀膜过程中的溶液以及基底加热不均匀。
发明内容
本发明的目的在于解决柔性薄膜光伏基底在CSD喷淋镀膜时基底不平整，导致加热和镀膜不均匀的问题，为此提供一种铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，采用磁吸的方式对基底中部吸附形成下凹槽，保持基底平整，能够在镀膜过程中保持平整并均匀加热，提高CdS缓冲层薄膜的均匀性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，前后两端分别设置放卷区和收卷区，放卷区和收卷区之间设置若干输送辊输送不锈钢材质的基底，其特征在于：放卷区和收卷区之间依次设置镀膜溶液预处理区、薄膜生长区，镀膜溶液预处理区前部在基底上方设置氨水与硫酸镉混合溶液喷射器，薄膜生长区前部的基底上方设置硫脲溶液喷射器，所述镀膜溶液预处理区、薄膜生长区在输送辊之间在基底下方设置导热基板，所述导热基板上表面设置两侧向上翘起，中间平整的U型槽，导热基板内部在U型槽下方穿设有加热管，导热基板的下方依次设置有绝热保温板和磁吸体，导热基板上方设有密封保温盖板，所述基底磁吸贴合导热基板的U型槽输送。
本装置中，导热基板采用磁吸的方式来吸附不锈钢材质的基底，式基底在整个镀膜流程中，能贴合导热基板的U型槽输送，保证基底底面平整，既可以确保沉积溶液的深度稳定，又可以确保加热管对基底均匀加热，充分确保基底表面CdS缓冲层薄膜的均匀性。
作为优选，所述加热管为循环热水管，循环热水管横向穿设导热基板，循环加热水管均匀设置，所述导热基板在相邻循环加热水管之间穿设有热电偶。
作为优选，所述磁吸体为电磁铁或永磁铁。
作为优选，所述导热基板为铝制基板。
作为优选，所述镀膜溶液预处理区中，氨水与硫酸镉混合溶液喷射器前侧的导热基板为第一预热基板、后侧的导热基板为第一加热基板，第一加热基板温度为70～90℃；所述薄膜生长区中，硫脲溶液喷射器前侧的导热基板为第一降温基板、后侧的导热基板为第二加热基板，第一降温基板的温度为20～30℃，第二加温基板温度为70～90℃。各预热基板的温度均高于前侧温度，低于后侧加热基板的温度，保证温度加热平稳。第一降温基板的设置使硫脲溶液喷射器喷射硫脲溶液的第一时间温度较低，避免溶液产生同质反应，使镀膜溶液在温度均匀变化中产生异质反应。
作为优选，所述薄膜生长区后方设有直接废水处理区，直接废水处理区的基底上方设置有含镉废水吸嘴，基底下方与含镉废水吸嘴对齐设置有输送辊。含镉废水吸嘴连接吸水泵，可以将参与反应溶液抽走。
作为优选，所述直接废水处理区后方设有清洗区，清洗区后方设有烘干区，清洗区前端的基底上方设有去离子水喷射器，清洗区后端的基底上方设有清洗液吸嘴，清洗区的基底下方在输送辊之间设有导热基板，清洗区前端的导热基板为第二降温基板，第二降温基板为20～30℃，清洗区后端的导热基板为第二预热基板。清洗区采用去离子水清洗，并在清洗后采用清洗液吸嘴抽吸。清洗区前端先进行降温，避免残留溶液反应，后端进行预热，为后续的加热烘干最好准备。
作为优选，所述镀膜溶液预处理区、薄膜生长区、直接废水处理区、清洗区的上方一体贯穿设置第一密封罩。
作为优选，所述烘干区基底上方设有第二密封罩，密封罩内部前端设有风刀，密封罩内部后端设置加热灯管，密封罩前端的上部设有抽风管，所述烘干区在基底下方输送辊之间设置导热基板，风刀下方对应的导热基板为第三预热基板，加热灯管下方对应的导热基板为第三加热基板，第三加热基板的温度为50～70℃。风刀将基底上表面的残留液体进行强力吹干，并通过抽风管将风刀的气流抽走，加热灯管可以采用红外灯管，加热过程与下方加热底板配合形成上下同时加热。
作为优选，所述收卷区的前侧还设有测厚区，测厚区的基底上方设有测厚传感器，测厚传感器外侧设有第三密封罩，测厚区的基底下方输送辊之间设有导热基板，测厚区导热基板为第三降温基板，第三降温基板为20～30℃。测厚区为收卷前的最后一道工序，在完成镀膜-清洗-烘干后进行测厚。
本发明采用CSD喷淋镀膜的方法，配合U型磁吸式的导热基板，可以让铜铟镓硒太阳能电池的不锈钢基底吸附在导热基板的U型槽中，保持底面平整，确保镀膜溶液均匀、基底各处加热均匀，从而保证基底上CdS缓冲层薄膜的均匀。该技术同样适用于ZnS、ZnO1-xSx、In2S3、Cd1-xZnxS等薄膜的沉积。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的导热基板侧视结构示意图。
图3是本发明的导热基板截面结构示意图。
图4是本发明的导热基板俯视角度的加热管穿设示意图。
图5是本发明的磁吸基板与传统非磁吸基板的对比示意图。
图中：101、放卷区，102、镀膜溶液预处理区，103、薄膜生长区，104、直接废水处理区，105、清洗区，106、烘干区，107、测厚区，108、收卷区；1、放卷轴，2、第一张力控制辊，3、第一转向辊，4-8、水平输送托辊，9、第二转向辊，10、第二张力控制辊，11、收卷轴，12、第一预热基板，13、第一加热基板，14、第一降温基板，15、第二加热基板，16、第二降温基板，17、第二预热基板，18、第三预热基板，19、第三加热基板，20、第三降温基板，21、氨水与硫酸镉混合溶液喷射器，22、硫脲溶液喷射器，23、含镉废水吸嘴，24、去离子水喷射器，25、清洗液吸嘴，26、风刀，27、加热灯管，28、测厚传感器，29、第一密封罩，30、第二密封罩，31、第三密封罩，32、抽风管，33、密封保温盖板，34、导热基板，35、绝热保温板，36、磁吸体，37、U型槽，38、加热管，39、热电偶，40、基底。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，如图1所示。设备从前到后依次设置有前后两端分别设置放卷区101、镀膜溶液预处理区102、薄膜生长区103、直接废水处理区104、清洗区105、烘干区106、测厚区107、收卷区108。放卷区设置有放卷轴1、第一张力控制辊2和第一转向辊3。收卷区依次设置有第二转向辊9，第二张力控制辊10、收卷轴11。第一转向辊3和第二转向辊9之间设置水平输送托辊4-8。第一转向辊3、第二转向辊9、水平输送托辊4-8均为输送辊的一种。
在镀膜溶液预处理区102、薄膜生长区103、直接废水处理区104、清洗区105、烘干区106、测厚区107中，基底40下方相邻的输送辊之间设置有导热基板34。导热基板的结构如图2-4所示，所述导热基板34上表面设置两侧向上翘起，中间平整的U型槽37，导热基板内部在U型槽下方穿设有加热管38，导热基板的下方依次设置有绝热保温板35和磁吸体36，导热基板上方设有密封保温盖板33，所述基底40磁吸贴合导热基板34的U型槽37输送。加热管38为循环热水管，循环热水管横向穿设导热基板34，循环加热水管均匀设置，所述导热基板在相邻循环加热水管之间穿设有热电偶39。磁吸体36为电磁铁或永磁铁。导热基板34采用铝材。
镀膜溶液预处理区102在基底40上方设置氨水与硫酸镉混合溶液喷射器21，氨水与硫酸镉混合溶液喷射器21前侧的导热基板40为第一预热基板12、后侧的导热基板为第一加热基板13，第一加热基板温度为70～90℃；第一预热基板12温度高于常温、低于第一加热基板13的温度。
薄膜生长区103前部的基底40上方设置硫脲溶液喷射器22，硫脲溶液喷射器22前侧的导热基板为第一降温基板14、后侧的导热基板为第二加热基板15，第一降温基板14的温度为20～30℃，第二加温基板15温度为70～90℃。
直接废水处理区104的基底40上方设置有含镉废水吸嘴23，基底下方与含镉废水吸嘴23对齐设置有输送辊6。
清洗区105前端的基底40上方设有去离子水喷射器24，清洗区后端的基底上方设有清洗液吸嘴25，清洗区前端的导热基板为第二降温基板16，第二降温基板为20～30℃，清洗区后端的导热基板为第二预热基板17。
镀膜溶液预处理区102、薄膜生长区103、直接废水处理区104、清洗区105的上方一体贯穿设置第一密封罩29。
烘干区106基底上方设有第二密封罩30，密封罩30内部前端设有风刀26，密封罩内部后端设置加热灯管27，密封罩前端的上部设有抽风管32，风刀下方对应的导热基板为第三预热基板18，加热灯管下方对应的导热基板为第三加热基板19，第三加热基板19的温度为50～70℃。第二预热基板17和第三预热基板18温度高于第二降温基板、低于第三加热基板19。
测厚区107的基底40上方设有测厚传感器28，测厚传感器外侧设有第三密封罩31，测厚区导热基板为第三降温基板20，第三降温基板为20～30℃。
本装置导热基板34的下方设有磁吸体，可以吸附不锈钢基底，使基底可以完美贴合U型槽37的底面。图5左图为传统没有磁吸的基底、右图为本装置带磁吸的基底。本装置的基底显然可以保持更平整的状态，使镀膜溶液深度均匀，基底的加热更加均匀，从而提高CdS缓冲层薄膜的均匀性。
Claims (10)
1.一种铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，前后两端分别设置放卷区和收卷区，放卷区和收卷区之间设置若干输送辊输送不锈钢材质的基底，其特征在于：放卷区和收卷区之间依次设置镀膜溶液预处理区、薄膜生长区，镀膜溶液预处理区前部在基底上方设置氨水与硫酸镉混合溶液喷射器，薄膜生长区前部的基底上方设置硫脲溶液喷射器，所述镀膜溶液预处理区、薄膜生长区在输送辊之间在基底下方设置导热基板，所述导热基板上表面设置两侧向上翘起，中间平整的U型槽，导热基板内部在U型槽下方穿设有加热管，导热基板的下方依次设置有绝热保温板和磁吸体，导热基板上方设有密封保温盖板，所述基底磁吸贴合导热基板的U型槽输送。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述加热管为循环热水管，循环热水管横向穿设导热基板，循环加热水管均匀设置，所述导热基板在相邻循环加热水管之间穿设有热电偶。
3.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述磁吸体为电磁铁或永磁铁。
4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述导热基板为铝制基板。
5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述镀膜溶液预处理区中，氨水与硫酸镉混合溶液喷射器前侧的导热基板为第一预热基板、后侧的导热基板为第一加热基板，第一加热基板温度为70～90℃；所述薄膜生长区中，硫脲溶液喷射器前侧的导热基板为第一降温基板、后侧的导热基板为第二加热基板，第一降温基板的温度为20～30℃，第二加温基板温度为70～90℃。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述薄膜生长区后方设有直接废水处理区，直接废水处理区的基底上方设置有含镉废水吸嘴，基底下方与含镉废水吸嘴对齐设置有输送辊。
7.根据权利要求6所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述直接废水处理区后方设有清洗区，清洗区后方设有烘干区，清洗区前端的基底上方设有去离子水喷射器，清洗区后端的基底上方设有清洗液吸嘴，清洗区的基底下方在输送辊之间设有导热基板，清洗区前端的导热基板为第二降温基板，第二降温基板为20～30℃，清洗区后端的导热基板为第二预热基板。
8.根据权利要求7所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述镀膜溶液预处理区、薄膜生长区、直接废水处理区、清洗区的上方一体贯穿设置第一密封罩。
9.根据权利要求7所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述烘干区基底上方设有第二密封罩，密封罩内部前端设有风刀，密封罩内部后端设置加热灯管，密封罩前端的上部设有抽风管，所述烘干区在基底下方输送辊之间设置导热基板，风刀下方对应的导热基板为第三预热基板，加热灯管下方对应的导热基板为第三加热基板，第三加热基板的温度为50～70℃。
10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的铜铟镓硒太阳能电池缓冲层的卷对卷化学喷淋沉积设备，其特征在于：所述收卷区的前侧还设有测厚区，测厚区的基底上方设有测厚传感器，测厚传感器外侧设有第三密封罩，测厚区的基底下方输送辊之间设有导热基板，测厚区导热基板为第三降温基板，第三降温基板为20～30℃。
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